李可一,朱環(huán)娟,周鳳華
1.北京林業(yè)大學工學院自動化系,北京 100083
2.河北省承德市氣象局,河北承德 067000
3.華北電網(wǎng)有限公司承德供電公司,河北承德 067000
基于多線程技術的串口通信的設計與研究
李可一1,朱環(huán)娟2,周鳳華3
1.北京林業(yè)大學工學院自動化系,北京 100083
2.河北省承德市氣象局,河北承德 067000
3.華北電網(wǎng)有限公司承德供電公司,河北承德 067000
本文以VC++ 6.0為開發(fā)平臺,講述了如何使用32位的WindoWs API 串口通信函數(shù),編程實現(xiàn)高效的多線程全雙工串口通信,并在闡述中給出了相關函數(shù)或代碼。實驗證明,該方法有著較好的靈活性、可靠性與高效性。
VC++;串口通信;多線程;重疊I/O
串口是常用的計算機與外部設備之間的數(shù)據(jù)傳輸通道,由于使用其通信方便易行,且能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的長遠距離傳輸,故應用極其廣泛。為此,根據(jù)不同的使用環(huán)境靈活地編寫出串口通信處理程序是必要的工作。在Windows上,微軟專門提供了相應的文件I/O函數(shù)和通信函數(shù),以方便我們編寫出所需的串口通信程序。目前,實現(xiàn)串口通信的方法有兩種。第一種,使用VC++提供的串口通信控件MSComm;第二種,使用32位的API 通信函數(shù)。本文采用了第二種方法,且結合多線程技術,實現(xiàn)了更加靈活的串口通信程序設計。
在Windows操作系統(tǒng)中,串行口是被作為文件來進行處理的,而不是直接對端口進行操作,為此我們使用某一個串口進行通信時,需首先調用API函數(shù) CreateFile(szPort,GENERIC_ READ|GENERIC_WRITE,0,NULL,OPEN_EXISTING,FILE_ ATTRIBUTE_NORMAL | FILE_FLAG_OVERLAPPED,NULL );獲取一個串口通信設備句柄hCom。其中,該函數(shù)的第一個參數(shù)szPort標識將要開啟的端口號,第二個參數(shù)規(guī)定了端口讀寫屬性,剩下的參數(shù)中較重要的是設置FILE_FLAG_OVERLAPPED標識,即開啟重疊I/O的方式。在該模式下,當我們調用讀寫函數(shù)時,即使操作還未完成,被調用的函數(shù)也會立即返回,這樣費時的I/O操作會在后臺進行,使系統(tǒng)在這段時間可以去干別的事情,提高了系統(tǒng)的執(zhí)行效率,且借用多線程技術還能實現(xiàn)讀、寫的同時進行。
接下來,需要根據(jù)需求,調用SetCommTimeouts(hCom, &m_ CommTimeouts);函數(shù),設置COMMTIMEOUTS類型的結構體變量m_CommTimeouts。更改COMMTIMEOUTS結構體里面的成員變量,可以設置串口讀寫超時時間,以實現(xiàn)系統(tǒng)若未在指定時間內讀出或寫入指定數(shù)量的字符,就不再繼續(xù),立即返回執(zhí)行下一次的任務。然后,還需要分別調用SetCommState和SetupComm函數(shù),設置端口的速率、數(shù)據(jù)位、輸入輸出緩沖區(qū)大小等配置信息。至此,就完成了串口的初始化并開啟操作。
1.2.1 多線程全雙工通信
想要編寫高效率的串口通信程序,除了設置重疊I/O外,再結合多線程技術,可以起到更好的效果。所謂多線程,就是指要計算機并行的處理不同的事情。在VC中線程分為用戶界面線程和工作者線程,其主要區(qū)別是前者能夠提供界面和用戶的交互,而后者沒有界面,用于處理后臺任務。本文在設計通信程序時,建立了兩個工作者線程,一個用于不斷監(jiān)視數(shù)據(jù)的接收,一個用于數(shù)據(jù)的發(fā)送。這樣,使程序實現(xiàn)了收發(fā)同時進行的全雙工工作方式,在實際應用中更有效率。
另外,值得注意的是使用重疊I/O需要創(chuàng)建OVERLAPPED結構以供讀寫函數(shù),即ReadFile和WriteFile使用。而OVERLAPPED結構中最重要的成員是hEvent。hEvent是一個事件對象句柄,通過CreateEvent函數(shù)來創(chuàng)建,被用作線程的同步對象使用。如果讀寫函數(shù)未完成操作就返回,那么會將hEvent置為無信號狀態(tài)。只有操作完成后(包括超時),hEvent才會置為有信號狀態(tài),這樣我們就可以通過hEvent知曉當前通訊設備的讀寫狀態(tài)。
實際程序運行時,若發(fā)現(xiàn)讀、寫函數(shù)的返回值為假,由于開啟了重疊I/O方式,那么未必是指讀寫失敗,此時需要通過GetLastError函數(shù)的返回值做進一步判斷。若返回為ERROR_IO_ PENDING,說明當前讀或寫操作還未完成,這時就可以掛起讀、寫線程,等待操作完成。而程序設計時有兩種等待方法:一種是用WaitForSingleObject等待函數(shù)來等待OVERLAPPED結構體中的成員hEvent為有信號狀態(tài);另一種辦法是調用GetOverlappedResult函數(shù)等待,注意需要將該函數(shù)的bWait參數(shù)設為TRUE,那么該函數(shù)將會一直等待hEvent 事件,直到其有信號才返回。同時,利用GetOverlappedResult還可以返回一個OVERLAPPED結構體,里面包含有實際發(fā)送、接收字節(jié)等重疊操作的結果。
下面將分別給出讀、寫線程的關鍵代碼,并作適當分析。
1.2.2 串口讀操作
以上給出的即是接收數(shù)據(jù)線程的主要代碼,由于在實際使用中,我們想實時監(jiān)控端口的數(shù)據(jù)輸入情況,做到輸入緩沖區(qū)一有數(shù)據(jù)傳來就立即執(zhí)行讀取操作,故在程序中要建立一個定時器,設定一個監(jiān)控的時間間隔,定點不斷執(zhí)行以上工作者線程的代碼,以實現(xiàn)對端口的監(jiān)控。另外,我們在線程中需要使用ClearCommError函數(shù)獲取輸入緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)狀態(tài),以判斷是否該開始讀取數(shù)據(jù)。
1.2.3 串口寫操作
以上所示的數(shù)據(jù)發(fā)送線程,我們只需在想要發(fā)送數(shù)據(jù)時創(chuàng)建、啟動線程即可。
本文描述了在VC++上如何使用Win32 API中相關的通信函數(shù),編程實現(xiàn)串口通訊程序,且采用多線程的程序設計思想,在重疊I/O的方式下,不僅提高了串口通信的效率,而且還實現(xiàn)了收發(fā)同時進行的全雙工工作方式,為計算機與外部設備通過串口通信提供了更靈活的方案。
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1674-6708(2010)24-0219-02